Вопрос радиационной безопасности в экологическом образовании в средней школе

цьому над нами залишається усе менше повітря, що грає роль захисного

екрана.

Земна радіація обумовлена тим, що основні радіоактивні ізотопи, що

зустрічаються в гірських породах Землі – це калій-40, рубідій-87 і члени

інших радіоактивних сімейств, включені до складу Землі із самого її

народження. Вони беруть початок відповідно від урану-238 і торію-232 , що є

довгоживучими ізотопами. Рівні земної радіації також неоднакові для різних

місць і залежать від концентрації радіонуклідів у тій чи іншій ділянці

земної кори. Приблизно 95% населення живе в місцях, де потужність дози в

середньому складає від 0,3 до 0,6 мЗв в рік, близько 3% одержує в

середньому один мЗв у рік, а близько 1,5% – більш 1,4 мЗв у рік. Є місця,

де рівні земної радіації значно вищі. По підрахунках Наукового комітету з

дії атомної радіації, створеного в рамках ООН у 1955 р, середня ефективна

еквівалентна доза зовнішнього опромінення, що людина одержує від земних

джерел природної радіації, складає приблизно 350 мЗв. Це чуть більше

середньої індивідуальної дози опромінення через радіаційний фон,

створюваний космічними променями на рівні моря.

Внутрішнє опромінення

У середньому дві третини ефективної еквівалентної дози опромінення, що

людина одержує від природних джерел радіації, випромінювання яке надходить

від радіоактивних речовин, які потрапили в організм із їжею, водою і

повітрям.

Невелика частина цієї дози приходиться на радіоактивні ізотопи типу

вуглецю-14 і тритію, що утворюються під впливом космічної радіації. Все

інше надходить від джерел земного походження. У середньому людина одержує

близько 180 мЗв у рік за рахунок калію-40, що засвоюється організмом разом

з нерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності

організму. Однак значно більшу дозу внутрішнього опромінення людина одержує

від нуклідів радіоактивного ряду урану-238 і в меншому ступені від

радіоактивного ряду торію-232 .

Деякі з них, наприклад нукліди свинцю-210 і полонію-210 , надходять в

організм з їжею. Вони концентруються в рибі й у молюсках, тому люди, що

споживають багато риби й інших дарунків моря, можуть одержати відносно

високі дози опромінення.

Природні джерела радіації

Найбільш вагомим із усіх природних джерел радіації є важкий газ (у 7,5

разів важче повітря) - радон. У природі радон зустрічається в двох формах:

у виді радону-222 , члена радіоактивного ряду, утвореного продуктами

розпаду урану-238 , і у виді радону - 220 , члена радіоактивного ряду торія-

232. Основну частину дози опромінення від радону людина одержує,

знаходячись у закритому, не провітрюваному приміщенні. Концентрація радону

в закритих приміщеннях у середньому у вісім разів вище, ніж у зовнішнім

атмосфернім повітрі.

Радон концентрується в повітрі усередині приміщень лише тоді, коли

вони в достатній мірі ізольовані від зовнішнього середовища. Надходячи

усередину приміщення тим чи іншим шляхом (просочуючись через фундамент і

підлогу, чи ґрунт, вивільняючись з матеріалів, використовуваних у

конструкції будинку), радон накопичується в ньому. У результаті в

приміщенні можуть виникати досить високі рівні радіації. Іноді концентрація

радону в закритому приміщенні в 5000 разів вище концентрації радону в

зовнішнім повітрі (виявлене у Швеції й у Фінляндії в будівлях 70-х років).

Найпоширеніші будівельні матеріали, такі як дерево, цегла і бетон,

виділяють дещо небагато радону. Набагато більшою питомою радіоактивністю

володіють граніт і пемза.

У таблиці 4 приведені питомі радіоактивності деяких будівельних

матеріалів.

Таблиця 4

| |Питомі радіоактивності |

|Будівельні матеріали |(Бк радію і торію на 1 кг), |

| |Бк/кг |

|Дерево |1.1 |

|Зола (дерева) |341 |

|Цемент |Менше 45 |

|Цегла червона |126 |

|Граніт |170 |

|Пісок і гравій |34 |

|Природний гіпс |29 |

Тому радіаційний контроль будівельних матеріалів заслуговує самої

пильної уваги.

Однак головне джерело радону в закритих приміщеннях – це ґрунт.

Концентрація радону у верхніх поверхах багатоповерхових будинків, як

правило, нижче, ніж на першому поверсі. Швидкість проникнення вихідного з

землі радону в приміщення фактично визначається товщиною і цілісністю

міжповерхових перекриттів.

Емісія радону зі стін зменшується в 10 разів при облицюванні стін

пластиковими матеріалами типу поліаміду, чи полівінілхлориду поліетилену чи

трьома шарами олійної фарби. Навіть при обклеюванні стін шпалерами

швидкість емісії радону зменшується на 30%.

Ще одне важливе джерело надходження радону в приміщення являють собою

вода і природний газ. Концентрація радону в звичайно використовуваній воді

надзвичайно мала, але вода з деяких джерел, особливо з глибоких чи

колодязів артезіанських шпар, містить дуже багато радону. Найбільша

зареєстрована питома радіоактивність води в системах водопостачання складає

100 мільйонів Бк /м3, найменша дорівнює нулю.

Однак основна небезпека виходить зовсім не від питної води, тому що

люди звичайно споживають велику частину води в складі їжі після її

кип'ятіння. При кип'ятінні води радон у значній мірі випаровується.

Велику небезпеку представляє попадання пари води з високим змістом радону

в легені разом із вдихуваним повітрям, що найчастіше відбувається у ванній

кімнаті. При обстеженні будинків у Фінляндії виявилося, що в середньому

концентрація радону у ванній кімнаті в три рази вище, ніж на кухні, і

приблизно в сорок разів вище, ніж у житлових кімнатах.

Радон проникає також у природний газ під землею. У результаті попередньої

переробки газу й у процесі збереження, перед надходженням його до

споживача, велика частина радону зникає. Але концентрація радону в

приміщенні може зрости, якщо кухонні плити, опалювальні й інші нагрівальні

пристрої, у яких спалюється природний газ, не мають витяжки.

По оцінках фахівців ефективна еквівалентна доза опромінення від радону

і його дочірніх продуктів складає в середньому біля одного мЗв/рік, тобто

приблизно половина всієї річної дози, одержувана людиною в середньому від

усіх природних джерел радіації.

Вугілля, подібно більшості інших природних матеріалів, містить

незначні кількості первинних радіонуклідів. Останні після спалювання

вугілля попадають у навколишнє середовище, де можуть служити джерелом

опромінення людей.

Концентрація радіонуклідів у різних вугільних шарах відрізняється в сотні

разів. В основному вугілля містить менше радіонуклідів, ніж земна кора. Але

при спалюванні вугілля велика частина його мінеральних компонентів

спікається в шлак чи золу, де в основному концентруються радіонукліди.

Використання золи як добавку до цементу і бетону може привести до

збільшення радіаційного опромінення.

Ще одним джерелом опромінення населення є термальні води. Вимірювання

емісії радону на електростанції, що експлуатує підземні термальні води

показали, що на кожен гігават-рік вироблюваної електроенергії приходиться в

три рази більше від аналогічної дози опромінення від електростанцій, що

працюють на вугіллі.

Видобуток фосфатів, використовуваних для виробництва добрив,

супроводжується підвищенням радіоактивного фону. Це зв'язано з тим, що

більшість розроблювальних фосфатних родовищ містять уран. У процесі

видобутку і переробки руди виділяється радон, та й самі добрива містять

радіоізотопи, що проникають із ґрунту в харчові культури.

Штучні джерела радіації

За останнє десятиліття людиною створено кілька сотень штучних

радіонуклідів, а також активно використовується енергія атома в різних

цілях. Однак, на відміну від природних джерел, штучні джерела

радіоактивного випромінювання практично у всіх випадках контролюються.

Умовно, технічні джерела радіації можна розділити на наступні групи:

. джерела, використовувані в медицині. Це: рентгенівський апарат,

діагностичні прилади на базі використання радіоізотопів;

. променева терапія;

. ядерні вибухи;

. атомна енергетика;

. предмети, що містять радіоактивні речовини. Це: антистатичні щітки для

видалення пилу з пластинок і фотопринадлежностей, дія яких засновано

на випущенні альфа-частинок; детектори диму, принцип дії яких

заснований на використанні альфа-випромінювання; кольорові телевізори

та монітори, що випускають рентгенівське випромінювання й інші

предмети.

4. Проблеми, пов'язані з використанням ядерної енергії.

Головну небезпеку, пов’язану з використанням ядерної енергії,

становлять відходи ядерної промисловості, тобто радіоактивні відходи з

ядерних реакторів, самі родовища урану та небезпека експлуатації взагалі

ядерних електростанцій.

Місцями накопичення радіоактивних відходів є атомні станції, на яких

здійснюється їх первинна переробка та тимчасове зберігання. На атомних

електростанціях не існує повного циклу первинної переробки відходів

відповідно до вимог норм, правил та стандартів з ядерної та радіаційної

безпеки, що призводить до нераціонального використання сховищ та

збільшує ризик радіаційних аварій. У 30-кілометровій зоні Чорнобильської

АЕС зберігається в тимчасових, не пристосованих для зберігання

сховищах велика кількість радіоактивних відходів, серед яких є

відходи ядерної енергетики. Головним джерелом небезпеки у 30-кілометровій

зоні Чорнобильської АЕС залишається об'єкт "Укриття", в якому

зосереджені небезпечні радіоактивні речовини та ядерні матеріали,

радіоактивність яких близько 20 млн. кюрі.

У шести областях України розташовані регіональні підприємства

"Радон" з переробки та зберігання радіоактивних відходів, які приймають

на зберігання радіоактивні відходи від усіх галузей народного господарства.

Ці підприємства також не мають установок для первинної переробки

відходів.

Підприємства з видобування та переробки уранових руд знаходяться у

Дніпропетровській, Миколаївській та Кіровоградській областях. Характерним

для уранопереробної промисловості є те, що майже всі її відходи – відвали

шахтних порід, скиди та викиди (рідкі, газоподібні) є джерелами

радіаційного забруднення навколишнього природного середовища. В них

містяться природний уран, торій-232, продукти розпаду уранового та

торієвого рядів, у тому числі і радіоактивний газ радон. Для природного

середовища та людей головну небезпеку становлять великі за своїми обсягами

сховища та зосереджені в них радіоактивні матеріали.

Україна належить до країн з дуже розвинутим використанням джерел

іонізуючого випромінювання у багатьох сферах господарства і наукової

діяльності. На даний час існує кілька тисяч підприємств та організацій

(тільки по місту Києву їх близько 400), які використовують понад десятки

тисяч джерел іонізуючого випромінювання.

Через існування великої кількості штучних і природних джерел іонізуючого

випромінювання та в результаті Чорнобильської катастрофи в Україні

склалася дуже складна радіоекологічна ситуація, яка викликає необхідність

створення системи заходів радіаційного захисту населення та навколишнього

природного середовища.

В систему таких заходів мають входити: основи ядерного законодавства,

державне регулювання ядерної та радіаційної безпеки, державні програми

мінімізації наслідків Чорнобильської катастрофи, норми поводження з

радіоактивними відходами та підвищення безпеки атомних станцій,

система соціального захисту населення.

1. Теплове забруднення навколишнього середовища.

Виробництво електроенергії за допомогою будь-яких форм вихідного

палива завжди впливає на навколишнє середовище. Тепловий вплив на

навколишнє середовище зв'язано з неминучими втратами при виробництві

електроенергії і, приблизно, однаково як для вугільних, так і атомних

електростанцій. Тепловий ККД вугільних електростанцій коливається від 20 до

40 %. Більш нові електростанції мають ККД, звичайно, не нижче 32 %. Для

атомних електростанцій, що використовують легко водяні реактори, ККД

коливається від 29 до 38 % і для більшості електростанцій сьогодні

дорівнює, приблизно, 34 %. Тому при існуючому рівні запитів на

електроенергію не існує ніяких причин для переваги одного палива іншому

(уран чи вугілля) за критерієм ефективності використання тепла. Це

стосується як електростанцій, охолоджуваних проточною водою, так і

атмосферні градирні, що використовують. У будь-якому випадку втрачене тепло

не повинне бути "непотрібним". У більш холодних кліматичних зонах його

використовують для централізованого теплопостачання і для

сільськогосподарських нестатків. Це зменшує випадання локальних туманів,

викликаних температурними перепадами в навколишнім середовищі.

Парниковий ефект – цим терміном називають здатність деяких газів, що

присутні у земній атмосфері, затримувати інфрачервоне випромінювання (тобто

теплоту) поблизу поверхні землі. Нагромадження "парникових газів", особливо

СО2 , у земній атмосфері приводить до потепління клімату в багатьох

частинах світу. Якщо цей процес не зупинити, то його продовження може, у

кінцевому рахунку, привести до глобальних кліматичних змін на всій землі.

Вважається, що саме двоокис вуглецю впливає на парниковий ефект.

Учені дотепер не знають, яка кількість вуглекислого газу може

абсорбувати навколишнє середовище, і яким чином підтримується глобальний

баланс СО2 в атмосфері. Однак, учені зі стурбованістю фіксують поступове

збільшення змісту СО2 в атмосфері. Це обумовлено, зокрема, спалюванням

вуглецевмісного органічного палива, у процесі якого вуглець швидко

перетвориться в атмосферний СО2. Такі процеси відбуваються, наприклад, в

автомобільних двигунах внутрішнього згоряння, різних індустріальних печах,

і при виробництві електроенергії. Постійна вирубка лісів також вносить

вклад у парниковий ефект, оскільки зменшує поглинання атмосферного СО2 у

процесі фотосинтезу.

Вже в 1977 у звіті Національної Академії Наук США відзначалося, що

основним обмежуючим фактором на виробництво енергії за допомогою

органічного палива в наступних сторіччях може виявитися кліматичний вплив

від викидів вуглекислого газу. Сьогодні це вже загальноприйнята точка зору.

Глобальний кліматичний ефект від вмісту СО2, що збільшується, в атмосфері є

сьогодні найбільш істотною відмінністю вугільної й атомної

електроенергетики у впливі на навколишнє середовище.

Глобальні викиди СО2 від спалювання органічного палива складають,

приблизно, 25 мільярдів тонн у рік. З них, приблизно, 45 % від спалювання

вугілля і 40 % від нафти. Кожна електростанція потужністю 1000 МВт, що

працює на кам'яному куті, викидає в атмосферу, приблизно, 7 мільйонів тонн

СО2 у рік. Якщо використовується буре вугілля, то кількість викидів

набагато більше. При використанні ядерних реакторів таких викидів в

атмосферу не відбувається взагалі.

Тому для базисного виробництва електроенергії більш широке

використання уранового палива є очевидним.

На сьогоднішній день існують міжнародні угоди, що визначають таку

стратегію використання енергетичних ресурсів, що мінімізує викиди в

атмосферу СО2. Енергозберігаючі технології навряд чи будуть настільки ж

ефективні в наступних десятиліттях, як це було, починаючи із середини 1970-

их років, тому що їхні можливості вже практично вичерпані.

4.2 Видобуток і переробка уранової руди

Мінерали, з яких добувають уран, завжди містять такі елементи як радій

і радон. Тому, хоча уран мало радіоактивний, але руда, що добувається,

потенційно небезпечна, особливо якщо це високоякісна руда. Радіаційна

небезпека, зв'язана із супутніми елементами, характерна не тільки для

урановмісних руд, але і для будь-якої гірничодобувної промисловості.

В Австралії уран добувається, головним чином, відкритим способом, при

якому кар'єри мають природну добру вентиляцію.

Руда (тобто земна порода, що містить високу концентрацію урану,

достатню для його економічного виділення) спеціальним образом

подрібнюється. Потім цей порошок обробляється розчином сірчаної кислоти для

розчинення урану, що в ньому міститься. Тверді частки, які залишаються

після розчинення урану витягають (екстрагують), і поміщають на тривале

збереження в спеціальні резервуари. Резервуари сконструйовані таким чином,

щоб забезпечити надійне збереження цих матеріалів. Такі відходи містять

основну частку радіоактивних речовин, що знаходяться в руді (таких,

наприклад, як радій).

Дві нові шахти незабаром будуть пущені в експлуатацію в Австралії для

витягу урану з піщаної руди, що добувається під землею. Кислотний,

насичений киснем розчин, що містить уран, буде циркулювати через спеціальні

фільтри, а уран буде витягатися на заводі, розташованому на поверхні.

Після екстракції з розчину (іноді для цього використовують процеси

іонного обміну, супроводжувані осадженням), осад, що містить уран, має

яскраво жовтий колір. Після високотемпературного сушіння окис урану (U3O8),

тепер уже зеленого кольору, завантажується в спеціальні ємності обсягом 200

літрів. Потужність дози опромінення на відстані одного метра від такої

ємності дорівнює, приблизно половині того, що людина одержує під час

польоту на літаку, тобто приблизно 0,002 мЗв/рік. В Австралії всі ці

операції проводяться відповідно до затвердженого урядом нормативами

радіаційної безпеки на підприємствах гірничодобувної промисловості. У

Канаді також застосовуються інструкції Комісії з радіаційної безпеки. В

обох країнах ці правила і норми встановлюють строгі стандарти контролю за

гамма-опроміненням, і можливим попаданням в організм радону й інших

радіоактивних матеріалів. Стандарти відносяться як до персоналу

підприємств, так і до населення. Доза 20 мЗв/рік протягом більш ніж п'яти

років є максимально припустимою для персоналу підприємств, включаючи

опромінення радоном і іншими радіоактивними речовинами (на додаток до

природного фону і крім експозиції при медичній діагностиці).

Гамма-випромінювання виходить переважно від ізотопів вісмуту і свинцю.

Газ радон виділяється з гірських порід, у яких відбувається розпад радію.

Унаслідок спонтанного радіоактивного розпаду він переходить у дочірні

ізотопи радону, що є ефективними випромінювачами альфа-частинок. Радон

знаходиться в більшості гірських порід, і, як наслідок цього, знаходиться й

у повітрі, що всі ми вдихаємо. При високих концентраціях радон становить

небезпеку для здоров'я, тому що невеликий період напіврозпаду означає, що

альфа-розпад може відбуватися усередині організму при його вдиханні, що, у

кінцевому рахунку, може викликати рак легенів.

При видобутку і виробництві урану передбачаються різні запобіжні заходи

для захисту здоров'я персоналу:

1. Ретельно контролюється рівень пилу, щоб мінімізувати попадання в

організм гама- чи альфа-випромінюючих речовин. Пил є головним джерелом

радіоактивного опромінення. Він звичайно дає внесок в кількості 4 мЗв/рік

у щорічну дозу, одержувану персоналом.

2. Обмежується зовнішнє радіоактивне опромінення персоналу в шахтах, на

заводах і місцях розміщення відходів. На практиці рівень зовнішнього

опромінення від руди і відходів звичайно настільки низький, що він

практично не впливає на збільшення припустимої щорічної дози.

3. Природна вентиляція відкритих родовищ зменшує рівень експозиції від

радону і його дочірніх ізотопів. Рівень опромінення від радону рідко

перевищує один відсоток від рівня, припустимого для безупинного

опромінення персоналу. Підземні шахти обладнюються зробленими системами

вентиляції для досягнення того ж рівня. На Австралійському і Канадському

підземному рудниках середня доза опромінення складає, приблизно, 3

мЗв/рік.

4. Існують строгі гігієнічні норми на роботу персоналу з концентратом окису

урану, оскільки він хімічно токсичний, подібно оксиду свинцю. На практиці

починаються обережності, що захищають органи дихання від попадання

токсинів.

Починаючи з п'ятнадцятого сторіччя, багато шахтарів, що працювали на

підземних шахтах поблизу нинішньої границі між Німеччиною і Чеською

Республікою, передчасно гинули від таємничої хвороби. Наприкінці 1800-их

років хвороба була названа як рак легенів, але тільки в 1921 році газ радон

був припущений у якості її можливої причини. Хоча це і було остаточно

підтверджене в 1939 році, у період з 1946 по 1959 роки, багато підземних

родовищ урану в США розроблялися без відповідних запобіжних заходів, що

випливають з європейського досвіду. На початку 1960-их років був

зареєстрований ріст ракових захворювань серед курящих шахтарів. Причиною

росту був тоді також визнаний газ радон і, що більш важливо, його тверді

дочірні продукти радіоактивного розпаду. Хвороба викликалася нагромадженням

дози опромінення від радону, отриманої 10-15 роками раніше.

Слабко вентильовані, пиловмісні процеси видобутку урану в США, що вели

до найбільшого ризику для здоров'я, сьогодні вже в минулому. За останні 35

років відбулися істотні зміни в технологічних процесах на підприємствах

гірничодобувної промисловості, що захищають шахтарів від різних небезпек.

Відкритий же кар'єрний видобуток урану фактично безпечний. Не існує жодного

відомого випадку захворювання, викликаного опроміненням шахтарів, що

працюють на відкритих уранових рудниках у Австралії чи Канаді.

Після технологічних процесів екстракції урану на підприємствах

гірничодобувної промисловості практично весь радіоактивний радій, торій і

актиній, що міститься у відвалах і, отже, рівні випромінювання радону з

таких відходів будуть, цілком ймовірно, істотні. Однак, малоймовірно, що

хто-небудь побудує житло на вершині відвальних порід і одержить підвищену

дозу опромінення, що лежить за межами міжнародних норм. Проте, відходи

повинні бути закриті достатньою кількістю ґрунту, щоб рівні гамма-

випромінювання не перевищували рівня природного фону. У цьому випадку

можливо і покриття цих місць рослинністю.

Приблизно 95 % радіоактивності в руді зі вмістом 0,3 % U3 O8 виходить

від радіоактивного розпаду урану-238, що досягає, приблизно, 450 кБк/кг.

Цей ряд має 14 радіоактивних довгоживучих ізотопів і, таким чином, кожний з

них дає, приблизно, 32 кБк/кг (незалежно від масового співвідношення).

Після обробки з руди видаляється уран-238 і небагато урану-234 (і уран-235)

і радіоактивність знижується до 85% її первісного значення. Після видалення

більшої частини урану-238, два короткоживучих продукти його розпаду (торій-

234 і протактиній-234) незабаром зникають і, по витіканню декількох

місяців, рівень радіоактивності знижується до 70% її первісного значення.

Основним довгоживучим ізотопом тоді стає торій-230 (період напіврозпаду

77000 років), що перетворюється в радій-226 з наступним розпадом у радон-

222.

Випромінювання радону, що знаходиться у відходах, протягом

технологічних процесів до моменту їхнього надійного поховання може

становити небезпеку для навколишнього середовища. Однак, варто мати на

увазі, що радон присутній у більшості гірських порід і, крім локальних

небезпек, згаданих вище, загальне регіональне збільшення радіоактивності

від гірничодобувних операцій, зв'язаних з радоном, дуже мало.

Технічна вода, що використовується в технологічних процесах, також

містить радій і інші метали, присутність яких було б небажано в зовнішнім

середовищі. Ця вода зберігається і випаровується таким чином, щоб метали,

що містяться в ній, були безпечні, і не попадали в навколишнє середовище.

Технічна вода ніколи не скидається в природні стоки, а зберігається і

випаровується в спеціальних дамбах.

Стік дощових опадів, відповідно до якості води, що міститься в них,

здійснюється окремо по спеціальних дренажних системах. Металеві сульфіди в

контакті з водою і повітрям у теплому кліматі мають тенденцію вступати в

реакцію, особливо в присутності деяких бактерій. При цьому отримується

сірчана кислота і токсично важкі метали (наприклад, мідь) можуть попадати

через ґрунтові води у водойми. Вода поганої якості зберігається й

обробляється.

2. Обробка і ліквідація радіоактивних відходів.

Одине з найбільш хвилюючих питань ядерного паливного циклу – це

питання розміщення і збереження радіоактивних відходів. Найбільш важливим з

них - це питання про високорівневі відходи. У роботі з ними існують два

різних підходи: перший полягає в переробці вичерпаного палива для виділення

високорівневих відходів і їхній наступне остекловування (чи бітумірування)

і поховання, а другий – це в пряме поховання високорівневих відходів.

При "спалюванні" ядерного палива в реакторних установках утворюються

продукти розпаду, це, наприклад, такі як ізотопи барію, стронцію, цезію,

йода, криптону і ксенону (Ba, Sr, Cs, I, Kr, і Xe). Багато з ізотопів, що

утворюються, накопичуються в межах самого палива. Вони високо радіоактивні,

і відповідно, недовговічні.

Ці "малі" атоми формуються з частини палива, що розпадається, а

ізотопи плутонію Pu-239, Pu-240 і Pu-241 (це той самий Pu-241, що

перетворюється в америцій-241, використовуваний у побутових детекторах

задимлення приміщень), а також і деякі ізотопи інших трансуранових

елементів, які формуються з атомів урану-238 в активній зоні ядерного

реактора при поглинанні ними нейтронів з наступним бета-розпадом. Усі ці

ізотопи радіоактивні і крім плутонію, що розпадається, який "спалюється",

залишаються у вичерпаному паливі, коли його видаляють з реактора. Більшість

трансуранових ізотопів формує довгоживучу частину високорівневих відходів.

Радіоактивні відходи містять у собі різні матеріали, що вимагають

окремих підходів по їхньому вмісту і збереження для запобігання впливу на

людей і навколишнє середовище. Вони звичайно класифікуються як відходи

низького рівня, проміжного рівня і високого рівня, відповідно до кількості

і типу радіоактивності, що міститься в них.

Іншим фактором у роботі з відходами є час, протягом якого вони

залишаються небезпечними. Цей час залежить від видів радіоактивних

ізотопів, що містяться в них, і характеризується періодом напіврозпаду цих

ізотопів. Період напіврозпаду – це час, протягом якого даний радіоактивний

ізотоп утрачає половину своєї активності. Після чотирьох періодів

напіврозпаду рівень активності знижується в 16 разів, а після восьми – у

256 разів.

Різні радіоактивні ізотопи мають періоди напіврозпаду від часток

секунди до мільйонів років. Радіоактивність зменшується згодом унаслідок

розпаду ізотопів і перетворення їх у стабільні, не радіоактивні елементи.

Швидкість розпаду ізотопів обернено пропорційна їхньому періоду

напіврозпаду: чим менше період напіврозпаду, тим швидше дані ізотопи

розпадаються. Отже, чим вище рівень радіоактивності в деякій кількості

матеріалу, тим більша кількість короткоживучих ізотопів у ньому міститься.

Три основних принципи, що використовуються в роботі з радіоактивними

відходами:

"Концентрувати й ізолювати"

"Розбавляти і розсіювати"

"Витримувати і розщеплювати".

Два перших принципи використовуються в роботі і з нерадіоактивними

відходами. Відходи концентруються й ізолюються, чи розбавляються (у дуже

малих кількостях) до прийнятних рівнів і потім розсіюються в навколишнім

середовищі. Принцип "витримувати і розщеплювати" відноситься тільки до

радіоактивних відходів і означає, що відходи зберігають протягом

визначеного часу, протягом якого їхня радіоактивність зменшується завдяки

природному розпаду ізотопів.

Основна увага приділяється високорівневим відходам, що містять

продукти розподілу і трансуранові елементи, що утворяться в процесі роботи

ядерного реактора.

Високорівневі відходи містяться безпосередньо у відпрацьованому

ядерному паливі чи в продуктах його переробки. Так чи інакше, їхня

кількість не занадто велика – щорічно приблизно 25-30 тонн вичерпаного

палива (або три кубометри осклованих відходів) утвориться в результаті

експлуатації типового легко-водяного ядерного реактора потужністю 1000 Мвт.

Така кількість може бути ефективно й ощадливо ізольовано. Рівень

радіоактивності таких відходів швидко зменшується. Наприклад, відпрацьовані

паливні елементи, витягнуті з легко-водяного реактора, настільки

радіоактивні, що випускають кілька сотень кіловат теплової енергії, але рік

по тому це випромінювання зменшується до п'яти кіловат, а після п'яти років

– всього один кіловат. Через 40 років рівень радіоактивності в них падає,

приблизно, у тисячу разів.

Після спеціальної переробки відпрацьованого палива, приблизно 3%

високорівневих відходів знаходяться в рідкому стані і містять "золу" від

згорілого урану. Це високорадіоактивні довгоживучі продукти розпаду урану і

деяких важких елементів. Вони виробляють значну кількість теплоти і

вимагають спеціального охолодження. Такі відходи остекловивають

спеціальними складами в невеликі капсули, закладають на проміжне збереження

з наступним довгостроковим розміщенням глибоко під землею. Такі принципи

звертання з радіоактивними відходами прийняті у Великобританії, Франції,

Німеччині і Японії.

З іншого боку, якщо відпрацьоване реакторне паливо не піддається

обробці, то всі високо радіоактивні ізотопи залишаються в ньому. У цьому

випадку з паливними елементами звертаються як з високорівневими відходами.

Такий прямий підхід до роботи з відпрацьованим ядерним паливом прийнятий у

США і Швеції.

Багато країн, включаючи Канаду, дотримуються різних концепцій,

вибираючи між переробкою і прямим довгостроковим збереженням

відпрацьованого ядерного палива.

Високорівневі відходи складають тільки 3 % від усіх радіоактивних

відходів в усьому світі, але вони містять до 95 % усієї радіоактивності, що

міститься в них.

[pic]

Мал. 4. Що відбувається в легко-водяному реакторі через три 3 роки?

Поряд з високорівневими відходами ядерної енергетики, робота з

радіоактивними матеріалами приводить до виникнення відходів низького рівня

(засобу очищення устаткування, рукавички, спеціальний одяг, інструменти і

т.д.). Такі відходи хоча і не представляють особливої небезпеки, але

вимагають більш ретельного звертання ніж звичайне сміття. Відходи низького

рівня надходять також з медичних установ, науково-дослідних лабораторій і

промисловості. Вони можуть бути спалені. Але звичайно їх розміщають у

спеціальних сховищах під землею. У будь-якому випадку, з них спочатку

виділяють усі високо токсичні матеріали і включають у високорівневі

відходи, що забезпечує безпеку й ефективність роботи з такими, відносно

нешкідливими, матеріалами. Багато країн мають сховища для розміщення

відходів низького рівня. Відходи низького рівня мають, приблизно, такий же

рівень радіоактивності, як і низькосортна уранова руда, а їхня кількість,

що утвориться щороку, майже в п'ятдесят разів більше, ніж кількість

високорівневих відходів. В усьому світі вони складають 90 % від усіх

радіоактивних відходів, але мають лише 1 % радіоактивності.

Відходи проміжного рівня головним чином виникають у ядерній

промисловості. Вони більш радіоактивні і їх ізолюють від людей перед

обробкою і розміщенням на збереження. Звичайно вони містять у собі різні

смоли, хімічні опади, компоненти реакторного устаткування і забруднені

матеріали від реакторів, що знімаються з експлуатації. Звичайно, такі

відходи бітумують і розміщають у спеціальних сховищах. Короткоживучі

відходи (головним чином, різні компоненти реакторного устаткування)

зберігають у підземних сховищах, але довгоживучі відходи (від переробки

ядерного пального) розміщають глибоко під землею. В усьому світі відходи

проміжного рівня складають 7 % від усіх радіоактивних відходів і має 4 %

радіоактивності.

Переробка відпрацьованого палива

Необхідність переробки вичерпаного ядерного палива викликається з

однієї сторони можливістю відновлення невикористаного урану і плутонію у

відпрацьованих тепловиділяючих елементах, а з іншого боку – можливістю

зменшення кількості високорівневі радіоактивних відходів.

Переробка запобігає зайвій витраті коштовних ресурсів, тому що у своїй

більшості відпрацьоване паливо містить до 1% ізотопу, що ділиться, урану-

235 і трохи меншу кількість плутонію. Переробка дозволяє повторювати

ядерний цикл у тепловиділяючих елементах, зберігаючи, приблизно, до 30 %

природного урану. Таке змішане оксидне паливо – важливий ресурс. Виділені

при цьому високорівневі відходи, перетворюють в невеликі, стійкі,

незруйновані тверді капсули, більш зручні для подальшого збереження, ніж

об'ємні відпрацьовані тепловиділяючі елементи.

На сьогоднішній день більш 75000 тонн відпрацьованого ядерного палива

від цивільних енергетичних реакторів уже піддано повторній обробці, а

щорічний обсяг переробки складає, приблизно, 5000 тонн.

Відпрацьовані паливні зборки, вилучені з реактора, дуже радіоактивні і

виділяють тепло. Тому їх поміщають у великі резервуари, наповнені водою

("басейни витримки"), що охолоджує їх, а трьох метровий шар води поглинає

небезпечне випромінювання. У такому стані вони залишаються (безпосередньо в

реакторному відділенні чи на переробному заводі) протягом декількох років,

поки рівень радіоактивності значно зменшиться. Для більшості видів ядерного

палива, його переробка починається, приблизно, через п'ять років після

вивантаження з реактора.

Звичайний легко-водяний реактор потужністю 1000 МВт виробляє щорічно,

приблизно, до 25 тонн вичерпаного палива. Після попереднього охолодження

воно може транспортуватися в спеціальних захисних контейнерах, що вміщають

лише п'ять-шість тонн відпрацьованого палива, але самі важать до 100 тонн.

Транспортування відпрацьованого палива й інших високорівневих відходів

досить жорстко регламентуються.

Переробка відпрацьованого оксидного палива починається з розчинення

Страницы: 1, 2, 3, 4